56. Адаптації живих організмів до існування в наземно-повітряному середовищі.
Наземно-повітряне середовище найрізноманітніше за своїми умовами. Провідна роль серед абіотичних факторів тут належить освітленості, температурі, вологості, газовому складу атмосфери.
Освітленість. У спектрі сонячного проміння виділяють три ділянки, які розрізняються за своєю біологічною дією: ультрафіолетову, видиму та інфрачервону. Ультрафіолетові промені з довжиною хвиль до 0,29 мкм діють згубно на живу матерію, але їх майже повністю поглинає озоновий екран атмосфери, який утворюється з кисню під дією космічного опромінення. Без нього існування організмів на суходолі було б неможливим. Ультрафіолетові промені з довжиною хвиль 0,29-0,40 мкм у великих дозах також негативно впливають на живі організми, бо спричинюють різні шкідливі біохімічні реакції, проте у невеликих кількостях вони необхідні тваринам, бо сприяють синтезу в шкірі вітаміну D.
На частку видимих променів із довжиною хвиль 0,41-0,74 мкм припадає понад 50% сонячного випромінювання, яке досягає поверхні Землі. Завдяки їм зелені рослини та деякі прокаріоти здатні до фотосинтезу. Інфрачервоні промені (довжина хвиль понад 0,75 мкм) є джерелом теплової енергії для живих істот. Деякі організми використовують їх для підвищення температури тіла.
Відповідно до потреб в освітленості рослини поділяють на світлолюбних, тіньовитривалих та тіньолюбних.
До світлолюбних видів належать мешканці відкритих, добре освітлених місцезростань. Як правило, вони мають вище стебло порівняно з видами, що мешкають у затінку, розсічені листкові пластинки, в листках добре розвинена стовпчаста асиміляційна паренхіма тощо. У тіньолюбних рослин (плаун булавовидний, квасениця звичайна, смерека) листки темно-зеленого кольору з високою концентрацією хлорофілу, стовпчаста паренхіма погано розвинена або відсутня тощо. У тіньовитривалих рослин, які можуть зростати як на відкритих, добре освітлених місцях, так і витримувати певний ступінь затінку, спостерігаються адаптації, властиві як світлолюбним, так і тіньолюбним видам.
У тварин світло має важливе значення щодо орієнтації в просторі, а реакція на тривалість світлового дня (фотоперіодизм) дає їм можливість, як і рослинам, регулювати свої життєві функції залежно від сезону чи часу доби. По відношенню до світла у тварин можна виділити дві групи: «нічну» (активні вночі) та «денну» (активні у світлу частину доби). У представників «денної» групи, як правило, добре розвинений зір, вони здатні розрізняти кольори, часто мають яскраве забарвлення. Натомість у представників «нічної» групи, а також видів, що походять від предків, які вели нічний спосіб життя (наприклад, з родин вовчих, котячих тощо), колірний зір не розвинений, очі можуть мати великі розміри (наприклад, у сов, лемурів), що дає змогу вловлювати навіть незначну кількість світла. У тварин, які живуть в умовах відсутності світла (мешканці глибоких шарів грунту, печер тощо), органи зору редуковані (кріт, сліпак) або можуть взагалі втрачатись (дощовий черв'як, протей).
Температура навколишнього середовища відіграє винятково важливу роль у житті організмів, бо впливає на температуру їхнього тіла. У свою чергу, вона визначає швидкість реакцій обміну речовин: низькі температури їх гальмують, але надто високі можуть спричинити порушення структури і денатурацію білків, у тому числі й ферментів. Для більшості організмів оптимальні значення температури знаходяться у досить вузьких межах — +10°... 30°С.
Анабіоз (від грец. анабіозіс - повернення до життя) - стан організму, за якого відсутні помітні прояви життєдіяльності внаслідок значного гальмування процесів обміну речовин. Він супроводжується великими втратами води (до 75%). Коли настають сприятливі умови, істоти виходять зі стану анабіозу і життєві процеси поновлюються.
Температурні адаптації тварин:
можуть бути пов'язані з особливостями будови білків, стійких до цього чинника;
хімічною терморегуляцією;
фізичною терморегуляцією;
особливостями поведінки.
Терморегуляція - здатність підтримувати стале співвідношення між виробленням тепла (теплопродукції) в організмі або його поглинанням із довкілля та втратами теплової енергії. Хімічна терморегуляція забезпечується збільшенням вироблення тепла у відповідь на зниження температури довкілля (наприклад, завдяки скороченням м'язів). Фізична терморегуляція зумовлена змінами рівня тепловіддачі (регуляція положення волосяного чи пір'яного покриву, діаметра капілярів шкіри, потовиділення, транспірації у рослин тощо). Фізична терморегуляція можлива і завдяки змінам у поведінці тварин, які збираються докупи, ховаються у місцях з незначним коливанням температур (нори, печери).
Залежно від рівня теплопродукції тварин поділяють на теплокровних і холоднокровних. У теплокровних тварин (ссавці, птахи) він високий, а механізми терморегуляції добре розвинені, що дає змогу підтримувати температуру свого тіла на відносно сталому рівні незалежно від її значних коливань у навколишньому середовищі. У холоднокровних (безхребетні, риби, земноводні, плазуни) рівень процесів обміну речовин значно нижчий, тому температура тіла залежить від температури довкілля, що позначається на їхній активності.
Про роль води у забезпеченні біохімічних процесів та утворенні певних структур йшлося раніше. У процесі пристосування до існування в наземно-повітряному середовищі в організмів виробилися адаптації до економного споживання вологи і підтримання її вмісту на сталому рівні.
Так, у вищих рослин посушливих місцезростань коренева система або здатна проникати на значну глибину (сосна звичайна, верблюжа колючка), що дає змогу використовувати підґрунтові води, або ж добре розгалужена у поверхневих шарах грунту (кактуси), що забезпечує ефективне вбирання вологи зі значної площі під час короткочасних дощів. У них зменшується площа листкових пластинок, потовщується кутикула, зменшується кількість продихів, часто листки видозмінюються на голки, лусочки тощо, а функцію фотосинтезу бере на себе зелене стебло (кактуси, верблюжа колючка). Деякі багаторічні рослини здатні накопичувати вологу у листках (алое, молодило) або стеблах (кактуси) і потім її економно витрачати (є кактуси, здатні запасати до 3 т води). Багаторічні трав'яні рослини переживають посушливий період у вигляді підземних видозмінених пагонів (кореневищ, цибулин), тоді як їхня надземна частина відмирає. Дерева і кущі зменшують випаровування в посушливий період, скидаючи листя.
По відношенню до вологи виділяють такі групи вищих рослин:
Гідрофіти. Вища водяна рослинність - рослини, які повністю або частково ростуть у воді (елодея, ряска, латаття) і поза водним середовищем існувати нездатні.
Гігрофіти. Вологолюбні рослини існують в умовах підвищеної вологості - на болотах, вологих грунтах тінистих лісів тощо (росичка, зозулин льон, бальзамін).
Мезофіти. Проміжне положення між вологолюбними та посухостійкими належить рослинам, які зростають в умовах достатньої, але не надлишкової зволоженості грунтів і можуть витримувати нетривалу посуху: ясен, клен, дуб тощо.
Ксерофіти. Посухостійкі рослини населяють посушливі місця і здатні переживати сухі періоди (ковила, типчак, кактуси).
Серед тварин також виділяють вологолюбних (мокриці, земноводні), сухолюбних (пустельні комахи, павукоподібні, плазуни) та посухостійких (більшість тварин). Тварини дістають вологу трьома основними шляхами: під час пиття, з їжею та у результаті розщеплення органічних сполук, переважно жирів. Утриманню вологи в умовах посушливого клімату сприяють покриви, що запобігають випаровуванню води (кутикула комах, лусочки плазунів тощо). У комах особливі залози стінки задньої кишки вбирають воду з неперетравлених решток їжі та продуктів обміну, завдяки чому вода залишається в організмі. Тварини посушливих місцевостей часто активні вночі, коли повітря вологіше та прохолодніше, на період тривалої посухи вони можуть впадати в діапаузу.